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电阻温度检测器的缺点之自热误差形成因素分析

来源：上海自动化仪表有限公司作者：发表时间：2020-10-20 08:44:25【小中大】

电阻温度检测器（RTD）是用于测量温度的传感器。许多RTD元件由包裹陶瓷或玻璃芯的细丝组成，但也可以使用其他结构。

的RTD线是一个纯粹的材料，通常为铂，镍，或铜。

该材料具有精确的电阻/温度关系，用于提供温度指示。由于RTD元件易碎，因此通常将它们放在保护性探头中。

电阻温度检测器的主要缺点如下：

自发热

在施加电流以激发RTD元件以测量其信号时会产生热能。

发生的自发热将导致温度测量错误。由于RTD会随温度变化而改变其电阻，因此最实用的测量方法是使电流流过RTD并测量产生的电压降。

不幸的是，流经元件电阻的励磁电流试图通过热量耗散电能时会升高元件温度，从而给我们的温度测量增加了误差。

对抗由自热驱动的正向变速的方法是增加与我们正在检测的材料的热接触，和/或减少激励电流。

RTD传感器的自发热通常以mW /°C表示，这是指将内部元件温度提高1°C所需的功率。因此，该数字越高，自热将越低。

例如，假设在100°C下使用2mA的励磁电流来驱动100Ω的铂RTD。这将产生138.5Ω的传感器电阻。在水中以1m /秒的速度移动时，其自热规格为50mW /°C。

因此，通过这种配置产生的热量为1000mW / W×I 2 * R ＝ 1000×（0.002A）2 ×138.5Ω＝ 0.55mW。

这导致仅（0.55mW）/（50mW /°C）= 0.01°C的自热误差。

重要的是要注意，元件的有效自加热在很大程度上取决于元件所浸入的介质。

例如，RTD可以在静止空气中自加热的热量比在应用此规范的移动水中的热量高100倍。

因为我们通过汲取流过RTD的电流来测量RTD的电阻，所以RTD消耗的I 2 R功率会导致元件自发热。

自热会改变RTD电阻并导致测量误差增加。

通过提供较低的励磁电流，可以将自发热的负面影响降到最低。

某些仪器将使用低至0.1mA的RTD励磁电流来最小化此误差。

在上面的示例中，即使在静止的空气中，这也会将自热降低到〜0.001mW / 50mW /°C = 0.00003°C，这是微不足道的数量。

该误差的大小与传感器元件的散热能力成反比。这是它的材料，构造和环境的产物。

小巧的RTD元件具有较小的散热面积，因此具有较高的自热效果。

也许最坏的情况是薄膜RTD，该薄膜RTD通常具有较高的热阻和相应的较小表面积以散热。

通常，RTD传感器规格中提供了耗散常数。该数字与将RTD温度升高一度所需的功率有关。

因此，25mW /°C的耗散常数表明，如果RTD中的I 2 R功率损耗等于25mW，则RTD将被加热1°C。

耗散常数通常在两个条件下指定：自由空气和搅拌良好的油浴。这是因为介质将热量带离设备的能力不同。

可以通过以下方法从RTD消耗的功率和耗散常数中找到自热温度升高：

ΔT= P / PD

其中ΔT=由于以℃为单位的自热而导致的温度上升；P = RTD在电路中从W消耗的功率；PD = RTD的耗散常数，单位为W /°C。

总结：

自热误差是由于RTD元件无法消散由通过测量电流施加的所需功率所产生的热量而引起的。

ASTM标准要求在25°C的水中施加33 mW的误差最大为1°C，IEC在施加最大工作电流时在25°C的水中误差最大为0.05°C。

这些测试方法是实验室比较好的方法。对于在过程中正确浸入的PRT，工作电流为1 mA或更小，因此100ΩPRT的功率（I 2 R）也很小（0.02–0.39 mW）。